JP4035651B2

JP4035651B2 - Exhaust heat exchanger

Info

Publication number: JP4035651B2
Application number: JP21789699A
Authority: JP
Inventors: 和弘柴垣; 大河内　　隆樹; 克則内村; 重樹大道
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 1999-07-30
Filing date: 1999-07-30
Publication date: 2008-01-23
Anticipated expiration: 2019-07-30
Also published as: JP2001041108A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼により発生した排気と水等の冷却流体との間で熱交換を行う排気熱交換器に関するもので、ＥＧＲ（排気再循環装置）用の排気を冷却するＥＧＲガス熱交換器（以下、ＥＧＲクーラと呼ぶ。）に適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術】
ＥＧＲクーラは、ＥＧＲ用の排気を冷却することにより、排気ガス中のＥＧＲの効果（排気中の窒素酸化物の低減効果）を高めるものである。そこで、発明者等はＥＧＲの効果を向上させるべく、図１１（ａ）に示すように、排気が流通する排気チューブ１１０内にオフセットフィン（図１１（ｂ）参照）１１１を配設したＥＧＲクーラを試作検討した。
【０００３】
なお、オフセットフィン（マルチエントリ型フィン）とは、熱交換器設計ハンドブック（工学図書株式会社発行）や第１９回・日本電熱シンポジウム講演論文集等に記載されているように、板状のセグメント１１２を千鳥状にオフセット配置したものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記試作品では、排気チューブ内を流通する排気中に含まれる炭素等の微粒子がセグメント１１２の板面（壁面）１１２ａに付着してしまうとともに、排気の流速が小さくなるセグメント間に微粒子が堆積し易く、オフセットフィンが目詰まりし易いといった問題があった。
【０００５】
さらに、上記試作品では、冷却水が流通する複数本の冷却水チューブを連通させる冷却水通路（タンク）１２０ｂが、図１１（ａ）に示すように、排気が流通する排気チューブ１１０の対角の部位に位置しているため、セグメント１１２の方向と排気の流通の向きとが交差してしまい、排気が排気チューブ１１０内を流通する際に発生する圧力損失が大きいと言う問題も有していた。
【０００６】
ここで、セグメント１１２の方向とは、セグメント１１２と平行でかつ、排気流れに沿う方向を言う。
【０００７】
本発明は、上記点に鑑み、排気チューブ内での圧力損失及び微粒子の堆積を防止することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１、３に記載の発明では、排気チューブ（１１０）のうちその長手方向両端側それぞれには、複数本の冷却流体チューブ（１２０）間を連通させる冷却流体連通路（１２０ｂ）が形成されているとともに、これら冷却流体連通路（１２０ｂ）は、排気チューブ（１１０）の短径方向から見て対角の部位に位置し、さらに、全てのセグメント（１１２）の板面は、排気チューブ（１１０）の長手方向に対して、冷却流体連通路（１２０ｂ）間を結ぶ対角線（Ｌ１）と逆向きに傾いていることを特徴とする。
【０００９】
これにより、セグメント（１１２）の方向と排気の主流流れとの交差角度が小さくなるので、排気が排気チューブ（１１０）内を流通する際に発生する圧力損失を低減することができる。したがって、排気チューブ（１１０）内を流通する排気量が増大するので、排気熱交換器の熱交換能力が増大する。
【００１０】
また、セグメント（１１２）の方向と排気の主流流れとの交差角度が小さくなると言えども、セグメント（１１２）の方向排気の主流流れとは、完全に平行とはならないので、セグメント（１１２）の板面に直接衝突する排気流れ、及び各セグメント（１１２）間を横切る排気流れが存在する。
【００１１】
したがって、セグメント（１１２）の板面に直接衝突する排気流れによりセグメント（１１２）に付着した微粒子が剥離されるとともに、セグメント（１１２）間を横切る排気流れによりセグメント（１１２）の後流直下に滞留した微粒子を強制的に下流側に流されるので、微粒子がオフセットフィン（１１１）に堆積していくことを防止できる。
【００１２】
以上に述べたように、本発明によれば、排気チューブ（１１０）内での圧力損失及び微粒子の堆積を防止しつつ、排気熱交換器の熱交換能力が増大させることができる。
【００１３】
請求項２、３に記載の発明では、排気チューブ（１１０）のうちその長手方向両端側それぞれには、複数本の冷却流体チューブ（１２０）間を連通させる冷却流体連通路（１２０ｂ）が形成されているとともに、これら冷却流体連通路（１２０ｂ）は、前記排気チューブ（１１０）の短径方向から見て対角の部位に位置し、さらに、セグメント（１１２）の方向は、排気チューブ（１１０）の長手方向一端部における排気が流通し得る部分の中点（ＣＰ１）と、排気チューブ（１１０）の長手方向他端部における排気が流通し得る部分の中点（ＣＰ２）とを結ぶ排気主流線（Ｌ２）に略平行となっていることを特徴とする。
【００１４】
これにより、請求項１に記載の発明と同様に、セグメント（１１２）は、排気チューブ（１１０）の長手方向に対して、冷却流体連通路（１２０ｂ）間を結ぶ対角線（Ｌ１）と逆向きに傾いた状態となるので、排気チューブ（１１０）内での圧力損失及び微粒子の堆積を防止しつつ、排気熱交換器の熱交換能力が増大させることができる。
【００１５】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本実施形態は、本発明に係る排気熱交換器をディーゼルエンジン（内燃機関）用のＥＧＲガス冷却装置に適用したものであり、図１は本実施形態に係るＥＧＲガス冷却装置（以下、ＥＧＲクーラと呼ぶ。）１００を用いたＥＧＲ（排気再循環装置）の模式図である。
【００１７】
図１中、２００はディーゼルエンジン（以下、エンジンと略す。）であり、２１０はエンジン２００から排出される排気の一部をエンジン２００の吸気側に還流させる排気再循環管である。
【００１８】
２２０は排気再循環管２１０の排気流れ途中に配設されて、エンジン２００の稼働状態に応じてＥＧＲガス量を調節する周知のＥＧＲバルブであり、ＥＧＲクーラ１００は、エンジン２００の排気側とＥＧＲバルブ２２０との間に配設されてＥＧＲガスとエンジン冷却水（以下、冷却水と略す。）との間で熱交換を行いＥＧＲガスを冷却する。
【００１９】
次に、ＥＧＲクーラ１００の構造について述べる。
【００２０】
図２はＥＧＲクーラ１００の斜視図である、図３はＥＧＲクーラ１００の外形図であり、図４は図３のＡ−Ａ断面図であり、図５は図３のＢ−Ｂ断面図であり、図６は図３のＡ−Ｃ−Ｄ−Ｅ−Ｆ−Ｇ−Ｈ−Ａ断面図である。
【００２１】
そして、図５中、１１０はＥＧＲガス（排気）が流通する排気通路１１０ａを構成する矩形扁平状の排気チューブであり、１２０は冷却水（流体）が流通する冷却水通路１２０ａを構成する矩形扁平状の冷却水チューブである。なお、両チューブ１１０、１２０は、その短径（短軸）方向（図５の上下方向）に交互に積層されて隣接している。
【００２２】
また、排気通路１１０ａ内には、ＥＧＲガスとの接触面積を拡大してＥＧＲガスと冷却水との熱交換を促進するステンレス製のインナーフィン（以下、フィンと略す。）１１１が配設されており、このフィン１１１は、排気チューブ１１０の短径方向と平行な板状のセグメント１１２が排気チューブ１１０の長手方向に千鳥状にずれて設けられた、いわゆるオフセット型のフィンである。
【００２３】
なお、セグメント１１２は、前述のごとく、排気チューブ１１０の短径方向と平行とすることが望ましいが、実際のフィン１１１は、製造上の問題により、ローラ又はプレス成形機の抜き勾配分だけ短径方向に対して傾いたものとなる。したがって、排気チューブ１１０の短径方向と平行とは、短径方向と完全に平行であることを意味するものではなく、抜き勾配程度の傾きを含んだ意味である。
【００２４】
因みに、両チューブ１１０、１２０は、所定形状にプレス成形された積層プレート（薄板プレート）１３１、１３２を２枚一組として、この組をなす積層プレート１３１、１３２をその厚み方向（紙面上下方向）に積層した後、各積層プレート１３１、１３２をフィン１１１と共に所定のろう材にてろう付け接合することにより構成されたものである。このため、排気通路１１０ａ及び冷却水通路１２０ａは、図４、６に示すように、積層プレート１３１、１３２の板面と平行な方向（紙面左右方向）に延びるように形成されている。
【００２５】
また、積層プレート１３１、１３２は、略長方形のステンレス製の薄板材を所定形状にプレス成形したものであり、一組の積層プレート１３１、１３２のうち、一方側の積層プレート１３１の端部には、図５に示すように、積層プレート１３１、１３２の積層方向（図５の上下方向）Ｄの一端側に向けて突出する第１突出壁１３３がプレス加工にて一体形成され、他方側の積層プレート１３２の端部には、積層方向Ｄの他端側に向けて突出する第２突出壁１３４がプレス加工にて一体形成されている。
【００２６】
そして、両突出壁１３３、１３４は、積層方向Ｄと平行な面１３３ａ、１３４ａにて互いにろう付け接合されているとともに、図４に示すように、両突出壁１３３、１３４にＥＧＲガスを排気通路１１０ａに導入する排気導入口１４１、及び排気通路１１０ａから流出するＥＧＲガスを排出する排気排出口１４２が形成されている。このため、ＥＧＲガスの主流流れは、ＥＧＲクーラ１００内においては略直線的に排気チューブ１１０の長手方向一端側から他端側に向けて流通することとなる。
【００２７】
因みに、本実施形態では、図５に示すように、両突出壁１３３、１３４により、両通路１１０、１２０からなるＥＧＲクーラコア部１０１を収納するタンク部１０２が構成されている。
【００２８】
また、排気導入口１４１及び排気排出口１４２には、図４、６に示すように、排気再循環管２１０（外部配管）が接続されるジョイントブロック（以下、ジョイントと略す。）１４３がろう付け接合されている。なお、ジョイント１４３は、図７に示すように、積層プレート１３１、１３２の両突出壁１３３、１３４にろう付け接合される矩形状（正方形）の第１フランジ部１４３ａと排気再循環管２１０にボルト固定される略菱形状の第１フランジ部１４３ｂとからなるステンレス製のものであり、第１フランジ部１４３ａには、ジョイント１４３を排気導入口１４１及び排気排出口１４２に対して位置決めするための突出部（インロー部）１４３ｃが形成されている。
【００２９】
ところで、図４、６中、１５１は冷却水通路１２０ａに冷却水を流入させる流入口側接続パイプであり、１５２はＥＧＲクーラ１００内にて熱交換を終えた冷却水を流出させる流出口側パイプである。そして、各冷却水チューブ１２０（冷却水通路１２０ａ）は、図８に示すように、排気チューブ１１０のうちその長手方向両端側それぞれに形成された冷却水連通路（冷却水タンク）１２０ｂにより連通しており、これら冷却水連通路１２０ｂは、両接続パイプ１５１、１５２と略直線的に連通するように、排気チューブ１１０の短径方向から見て対角の位置に形成されている。
【００３０】
なお、本実施形態では、冷却水通路１２０ａ内での冷却水流れと、排気通路１１０ａ内でのＥＧＲガス流れとが対向流れとなるように、流入口側接続パイプ１５１は排気排出口１４２側に設けられ、流出口側接続パイプ１５２は排気導入口１４１側に設けられている。
【００３１】
次に、本実施形態の特徴であるフィン１１１（セグメント１１２）の配置及びその効果について述べる。
【００３２】
本実施形態に係るフィン１１１では、図８、９に示すように、セグメント１１２の方向ＳＤを、排気チューブ１１０の長手方向に対して、冷却水連通路１２０ｂ間を結ぶ対角線Ｌ１と逆向きに所定角度（本実施形態では、排気チューブ１１１の長手方向とのなす角が５°〜３０°となるように）傾けている。
【００３３】
つまり、図８に示すように、排気導入口１４１側の排気チューブ１１０の長手方向端部における、ＥＧＲガスが流通し得る部分（排気チューブ１１０の長径寸法Ａ１から冷却水連通路１２０ｂの寸法Ｃ１を差し引いた部分）の中点ＣＰ１と、排気排出口１４２側の排気チューブ１１０の長手方向端部における、ＥＧＲガスが流通し得る部分（排気チューブ１１０の長径寸法Ａ２から冷却水連通路１２０ｂの寸法Ｃ２を差し引いた部分）の中点ＣＰ２とを結ぶガス主流線（排気主流線）Ｌ２を考えたとき、このガス主流線Ｌ２とセグメント１１２の方向ＳＤとが略平行となるように、セグメント１１２（の方向ＳＤ）を傾けたものである。
【００３４】
これにより、セグメント１１２の方向ＳＤとＥＧＲガスの主流流れとの交差角度が小さくなるので、ＥＧＲガスが排気チューブ１１０内を流通する際に発生する圧力損失を低減することができる。延いては、排気チューブ１１０内を流通するＥＧＲガス量が増大するので、ＥＧＲクーラ１００の熱交換能力が増大する。
【００３５】
また、セグメント１１２の方向ＳＤとＥＧＲガスの主流流れとの交差角度が小さくなると言えども、セグメント１１２の方向ＳＤとＥＧＲガスの主流流れとは、完全に平行とはならないので、セグメント１１２の板面（壁面）に直接衝突するＥＧＲガス流れ、及び各セグメント１１２間を横切るＥＧＲガス流れが存在する。
【００３６】
したがって、セグメント１１２の板面（壁面）に直接衝突するＥＧＲガス流れによりセグメント１１２に付着した微粒子が剥離されるとともに、セグメント１１２間を横切るＥＧＲガス流れによりセグメント１１２の後流直下に滞留した微粒子を強制的に下流側に流されるので、微粒子がフィン１１１（排気チューブ１１０）内に堆積していくことを防止できる。
【００３７】
以上に述べたように、本実施形態によれば、排気チューブ１１０内での圧力損失及び微粒子の堆積を防止しつつ、ＥＧＲクーラ１００の熱交換能力が増大させることができる。
【００３８】
因みに、セグメントをチューブの長手方向に対して傾けた熱交換器として、特開平５−２７２８４５号公報に記載の発明があるが、この公報に記載の熱交換器では、セグメントを傾けることによりチューブ内を流通する流体を攪乱して熱交換能力を増大させているので、必然的にチューブ内での圧力損失が大きくなってしまう。
【００３９】
また、上記公報に記載熱交換器は、そもそも圧縮機等のポンプ手段により流体を圧送する（循環させる）ものであるので、チューブ内での圧力損失が大きくなっても、その圧力損失をポンプ手段により補うことができる。
【００４０】
これに対して、本実施形態は、エンジンの燃焼により発生した排気（ＥＧＲガス）をポンプ手段にて流通させることなく、単にＥＧＲクーラの排気入口側と出口側との圧力差により流通させるものであるので、排気チューブ１１０での圧力損失が大きいと、排気（ＥＧＲガス）が流通し難くなり、熱交換能力が低下してしまう。したがって、上記公報に記載熱交換器を、そのままＥＧＲクーラ１００に適用することはできない。
【００４１】
ところで、上述の実施形態では、ＥＧＲクーラ１００に本発明に係る排気熱交換器を適用したが、マフラー内に配設されて排気の熱エネルギを回収する熱交換器等のその他の熱交換器にも適用してもよい。
【００４２】
また、上述の実施形態では、排気導入口１４１及び排気排出口１４２は、排気チューブ１１０の長手方向に向けて開口していたが、図１０に示すように、排気導入口１４１及び排気排出口１４２が、排気チューブ１１０の長手方向と直交する方向に向けて開口した排気熱交換装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＥＧＲの模式図である
【図２】本発明の実施形態に係るＥＧＲクーラの斜視図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係るガスクーラの上面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ断面図である。
【図５】図３のＢ−Ｂ断面図である。
【図６】図３のＡ−Ｃ−Ｄ−Ｅ−Ｆ−Ｇ−Ｈ−Ａ断面図である。
【図７】ジョイントブロックの二面図である。
【図８】本発明の実施形態における排気チューブ内のセグメントの方向を示す説明図である。
【図９】本発明の実施形態における排気チューブ内のセグメントの方向を示す斜視図である。
【図１０】本発明の変形例に係るＥＧＲクーラの正面図である。
【図１１】（ａ）は従来の技術に係る排気チューブ内のセグメントの方向を示す説明図であり、（ｂ）はオフセットフィンの斜視図である。
【符号の説明】
１００…排気チューブ、１１１…インナーフィン（オフセットフィン）、
１１２…セグメント、１２０ｂ…冷却水連通路（冷却流体連通路）。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust heat exchanger that performs heat exchange between an exhaust generated by combustion and a cooling fluid such as water, and an EGR gas heat exchanger that cools exhaust for an EGR (exhaust gas recirculation device) ( Hereinafter, it is effective when applied to an EGR cooler.
[0002]
[Prior art]
The EGR cooler enhances the effect of EGR in the exhaust gas (the effect of reducing nitrogen oxides in the exhaust gas) by cooling the exhaust gas for EGR. Therefore, the inventors have an EGR cooler in which an offset fin (see FIG. 11B) 111 is disposed in an exhaust tube 110 through which exhaust flows, as shown in FIG. 11A, in order to improve the effect of EGR. The prototype was examined.
[0003]
Note that the offset fin (multi-entry fin) is a plate-shaped segment 112 as described in the heat exchanger design handbook (published by Engineering Books Co., Ltd.) and the 19th Annual Meeting of the Nippon Electric Heat Symposium. Are offset in a zigzag pattern.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the prototype, fine particles such as carbon contained in the exhaust gas flowing in the exhaust tube adhere to the plate surface (wall surface) 112a of the segment 112, and fine particles are generated between the segments where the flow velocity of the exhaust gas becomes small. There was a problem that it was easy to deposit and the offset fins were easily clogged.
[0005]
Furthermore, in the prototype, the cooling water passage (tank) 120b that communicates a plurality of cooling water tubes through which the cooling water circulates is diagonal to the exhaust tube 110 through which the exhaust circulates as shown in FIG. Therefore, the direction of the segment 112 and the direction of flow of the exhaust gas cross each other, and there is a problem that the pressure loss generated when the exhaust gas flows through the exhaust tube 110 is large. It was.
[0006]
Here, the direction of the segment 112 is a direction parallel to the segment 112 and along the exhaust flow.
[0007]
In view of the above points, an object of the present invention is to prevent pressure loss and particulate accumulation in an exhaust tube.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, in the first and third aspects of the present invention, a plurality of cooling fluid tubes (120) are provided between both ends of the exhaust tube (110) in the longitudinal direction. Cooling fluid communication passages (120b) for communication are formed, and these cooling fluid communication passages (120b) are located at diagonal portions when viewed from the short-diameter direction of the exhaust tube (110) . The plate surface of the segment (112) is characterized in that it is inclined in the direction opposite to the diagonal line (L1) connecting the cooling fluid communication paths (120b) with respect to the longitudinal direction of the exhaust tube (110).
[0009]
Thereby, since the crossing angle between the direction of the segment (112) and the main flow of the exhaust gas becomes small, the pressure loss generated when the exhaust gas flows through the exhaust tube (110) can be reduced. Accordingly, the amount of exhaust flowing through the exhaust tube (110) increases, so that the heat exchange capability of the exhaust heat exchanger increases.
[0010]
Further, even if the crossing angle between the direction of the segment (112) and the main flow of the exhaust gas becomes small, the main flow of the exhaust gas in the direction of the segment (112) is not completely parallel to the plate of the segment (112). There is an exhaust flow that directly impacts the surface and an exhaust flow that traverses between each segment (112).
[0011]
Therefore, the fine particles adhering to the segments (112) are separated by the exhaust flow that directly collides with the plate surface of the segment (112), and stay in the downstream of the segment (112) by the exhaust flow crossing between the segments (112). Since the fine particles are forced to flow downstream, it is possible to prevent the fine particles from being deposited on the offset fin (111).
[0012]
As described above, according to the present invention, the heat exchange capability of the exhaust heat exchanger can be increased while preventing pressure loss and particulate accumulation in the exhaust tube (110).
[0013]
According to the second and third aspects of the present invention, the cooling fluid communication passages (120b) for communicating between the plurality of cooling fluid tubes (120) are formed on both ends in the longitudinal direction of the exhaust tube (110). These cooling fluid communication passages (120b) are located diagonally when viewed from the minor axis direction of the exhaust tube (110), and the direction of the segment (112) is the exhaust tube (110). The exhaust main stream line connecting the midpoint (CP1) of the portion where the exhaust can flow at one end in the longitudinal direction and the midpoint (CP2) of the portion where the exhaust at the other end in the longitudinal direction of the exhaust tube (110) can flow It is characterized by being substantially parallel to (L2).
[0014]
Accordingly, the segment (112) is opposite to the diagonal line (L1) connecting the cooling fluid communication passages (120b) with respect to the longitudinal direction of the exhaust tube (110), as in the first aspect of the invention. Since it is in an inclined state, it is possible to increase the heat exchange capacity of the exhaust heat exchanger while preventing pressure loss and particulate accumulation in the exhaust tube (110).
[0015]
Incidentally, the reference numerals in parentheses of each means described above are an example showing the correspondence with the specific means described in the embodiments described later.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In this embodiment, an exhaust heat exchanger according to the present invention is applied to an EGR gas cooling device for a diesel engine (internal combustion engine). FIG. 1 shows an EGR gas cooling device (hereinafter referred to as an EGR cooler) according to this embodiment. 1 is a schematic diagram of an EGR (exhaust gas recirculation device) using 100.
[0017]
In FIG. 1, reference numeral 200 denotes a diesel engine (hereinafter abbreviated as “engine”), and reference numeral 210 denotes an exhaust gas recirculation pipe that recirculates part of exhaust gas discharged from the engine 200 to the intake side of the engine 200.
[0018]
220 is a known EGR valve that is disposed in the exhaust recirculation pipe 210 and adjusts the amount of EGR gas according to the operating state of the engine 200. The EGR cooler 100 is connected to the exhaust side of the engine 200 and the EGR. It is arrange | positioned between the valve | bulb 220, and heat-exchanges between EGR gas and engine cooling water (henceforth abbreviated cooling water), and cools EGR gas.
[0019]
Next, the structure of the EGR cooler 100 will be described.
[0020]
2 is a perspective view of the EGR cooler 100, FIG. 3 is an external view of the EGR cooler 100, FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 3, and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line A-C-D-E-F-G-H-A in FIG.
[0021]
In FIG. 5, 110 is a rectangular flat exhaust tube constituting an exhaust passage 110a through which EGR gas (exhaust gas) flows, and 120 is a rectangular flat tube forming a cooling water passage 120a through which cooling water (fluid) flows. This is a cooling water tube. The tubes 110 and 120 are alternately stacked in the minor axis (minor axis) direction (the vertical direction in FIG. 5) and are adjacent to each other.
[0022]
Further, in the exhaust passage 110a, a stainless inner fin (hereinafter abbreviated as “fin”) 111 is arranged to increase the contact area with the EGR gas and promote heat exchange between the EGR gas and the cooling water. The fin 111 is a so-called offset type fin in which plate-like segments 112 parallel to the minor axis direction of the exhaust tube 110 are provided in a staggered manner in the longitudinal direction of the exhaust tube 110.
[0023]
As described above, the segment 112 is preferably parallel to the minor axis direction of the exhaust tube 110, but the actual fin 111 has a minor axis corresponding to the draft of the roller or press molding machine due to manufacturing problems. It becomes inclined with respect to the direction. Therefore, the parallel to the minor axis direction of the exhaust tube 110 does not mean that the exhaust tube 110 is completely parallel to the minor axis direction but includes an inclination of a draft angle.
[0024]
Incidentally, both the tubes 110 and 120 are composed of two laminated plates (thin plate plates) 131 and 132 that are press-molded into a predetermined shape, and the laminated plates 131 and 132 forming this set are in the thickness direction (up and down direction on the paper surface). Then, the laminated plates 131 and 132 are brazed and joined together with the fins 111 with a predetermined brazing material. For this reason, as shown in FIGS. 4 and 6, the exhaust passage 110a and the cooling water passage 120a are formed to extend in a direction parallel to the plate surfaces of the laminated plates 131 and 132 (left and right direction on the paper surface).
[0025]
The laminated plates 131 and 132 are formed by pressing a substantially rectangular thin stainless steel plate into a predetermined shape, and one end of the laminated plate 131 of the pair of laminated plates 131 and 132 is disposed at the end of the laminated plate 131 and 132. As shown in FIG. 5, a first projecting wall 133 projecting toward one end side in the stacking direction (vertical direction in FIG. 5) D of the stacking plates 131 and 132 is integrally formed by pressing, and the stacking on the other side is performed. A second projecting wall 134 projecting toward the other end side in the stacking direction D is integrally formed at the end of the plate 132 by pressing.
[0026]
The projecting walls 133 and 134 are brazed and joined to each other at surfaces 133a and 134a parallel to the stacking direction D, and EGR gas is exhausted to the projecting walls 133 and 134, as shown in FIG. An exhaust introduction port 141 for introducing into 110a and an exhaust discharge port 142 for discharging EGR gas flowing out from the exhaust passage 110a are formed. For this reason, the main flow of EGR gas flows in the EGR cooler 100 substantially linearly from one end side in the longitudinal direction of the exhaust tube 110 toward the other end side.
[0027]
Incidentally, in this embodiment, as shown in FIG. 5, the tank part 102 which accommodates the EGR cooler core part 101 which consists of both channel | paths 110 and 120 is comprised by both the projecting walls 133 and 134. As shown in FIG.
[0028]
Further, as shown in FIGS. 4 and 6, a joint block (hereinafter abbreviated as a joint) 143 to which the exhaust recirculation pipe 210 (external pipe) is connected is brazed to the exhaust introduction port 141 and the exhaust discharge port 142. It is joined. As shown in FIG. 7, the joint 143 includes a rectangular (square) first flange portion 143 a that is brazed to the projecting walls 133 and 134 of the laminated plates 131 and 132, and a bolt on the exhaust gas recirculation pipe 210. The first flange portion 143b is made of stainless steel and is fixed to the first flange portion 143a. The first flange portion 143a has a protrusion for positioning the joint 143 with respect to the exhaust inlet port 141 and the exhaust outlet port 142. A portion (inlay portion) 143c is formed.
[0029]
4 and 6, 151 is an inlet side connecting pipe that allows cooling water to flow into the cooling water passage 120 a, and 152 is an outlet side pipe that causes the cooling water that has undergone heat exchange in the EGR cooler 100 to flow out. It is. As shown in FIG. 8, each cooling water tube 120 (cooling water passage 120a) communicates with each other by a cooling water communication passage (cooling water tank) 120b formed at each of both ends of the exhaust tube 110 in the longitudinal direction. These cooling water communication passages 120b are formed at diagonal positions when viewed from the short diameter direction of the exhaust tube 110 so as to communicate with both connection pipes 151 and 152 in a substantially linear manner.
[0030]
In the present embodiment, the inlet side connection pipe 151 is disposed on the exhaust outlet 142 side so that the cooling water flow in the cooling water passage 120a and the EGR gas flow in the exhaust passage 110a are opposed to each other. The outlet-side connecting pipe 152 is provided on the exhaust inlet 141 side.
[0031]
Next, the arrangement and effects of the fins 111 (segments 112), which are features of the present embodiment, will be described.
[0032]
In the fin 111 according to the present embodiment, as shown in FIGS. 8 and 9, the direction SD of the segment 112 is set in a direction opposite to the diagonal line L <b> 1 connecting the cooling water communication passages 120 b with respect to the longitudinal direction of the exhaust tube 110. The angle is inclined (in this embodiment, the angle formed by the longitudinal direction of the exhaust tube 111 is 5 ° to 30 °).
[0033]
That is, as shown in FIG. 8, at the end of the exhaust tube 110 on the exhaust introduction port 141 side in the longitudinal direction, the portion through which EGR gas can flow (from the major axis dimension A1 of the exhaust tube 110 to the dimension C1 of the cooling water communication passage 120b). The portion (the subtracted portion) midpoint CP1 and the portion where the EGR gas can flow at the longitudinal end portion of the exhaust tube 110 on the exhaust discharge port 142 side (from the major axis dimension A2 of the exhaust tube 110 to the dimension C2 of the cooling water communication passage 120b) When considering the gas main stream line (exhaust main stream line) L2 connecting the midpoint CP2 of the portion subtracted), the segment 112 (of the segment 112 (of which the gas main stream line L2 and the direction 112 of the segment 112 are substantially parallel) The direction SD) is inclined.
[0034]
Thereby, since the crossing angle between the direction SD of the segment 112 and the main flow of EGR gas becomes small, the pressure loss generated when the EGR gas flows through the exhaust tube 110 can be reduced. As a result, since the amount of EGR gas flowing through the exhaust tube 110 increases, the heat exchange capability of the EGR cooler 100 increases.
[0035]
Further, even if the crossing angle between the direction SD of the segment 112 and the main flow of the EGR gas is reduced, the direction SD of the segment 112 and the main flow of the EGR gas are not completely parallel. There is an EGR gas flow that directly collides with the (wall surface) and an EGR gas flow that crosses between the segments 112.
[0036]
Therefore, the fine particles adhering to the segment 112 are separated by the EGR gas flow that directly collides with the plate surface (wall surface) of the segment 112, and the fine particles staying under the wake of the segment 112 by the EGR gas flow crossing between the segments 112 are separated. Since it is forced to flow downstream, it is possible to prevent fine particles from being deposited in the fin 111 (exhaust tube 110).
[0037]
As described above, according to the present embodiment, the heat exchange capability of the EGR cooler 100 can be increased while preventing pressure loss and particulate accumulation in the exhaust tube 110.
[0038]
Incidentally, as a heat exchanger in which the segment is inclined with respect to the longitudinal direction of the tube, there is an invention described in Japanese Patent Laid-Open No. 5-272845. However, in the heat exchanger described in this publication, the inside of the tube is inclined by inclining the segment. Since the fluid flowing through the pipe is disturbed to increase the heat exchange capacity, the pressure loss in the tube inevitably increases.
[0039]
Further, since the heat exchanger described in the above publication is one that pumps (circulates) the fluid by pump means such as a compressor in the first place, even if the pressure loss in the tube increases, the pressure loss is pumped. Can be compensated by.
[0040]
In contrast, in the present embodiment, exhaust gas (EGR gas) generated by engine combustion is not circulated by the pump means, but is simply circulated by the pressure difference between the exhaust inlet side and the outlet side of the EGR cooler. Therefore, if the pressure loss in the exhaust tube 110 is large, the exhaust (EGR gas) becomes difficult to circulate and the heat exchange capability is reduced. Therefore, the heat exchanger described in the above publication cannot be applied to the EGR cooler 100 as it is.
[0041]
By the way, in the above-described embodiment, the exhaust heat exchanger according to the present invention is applied to the EGR cooler 100, but other heat exchangers such as a heat exchanger that is disposed in the muffler and collects the heat energy of the exhaust are used. May also be applied.
[0042]
In the above-described embodiment, the exhaust introduction port 141 and the exhaust discharge port 142 are open toward the longitudinal direction of the exhaust tube 110. However, as shown in FIG. 10, the exhaust introduction port 141 and the exhaust discharge port 142 are provided. However, the present invention can also be applied to an exhaust heat exchange device that opens in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the exhaust tube 110.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of EGR. FIG. 2 is a perspective view of an EGR cooler according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a top view of the gas cooler according to the first embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 3;
5 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG.
6 is a cross-sectional view taken along the line A-C-D-E-F-G-H-A in FIG. 3;
FIG. 7 is a two-side view of a joint block.
FIG. 8 is an explanatory view showing directions of segments in the exhaust tube in the embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a perspective view showing a direction of a segment in the exhaust tube in the embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a front view of an EGR cooler according to a modification of the present invention.
11A is an explanatory view showing the direction of a segment in an exhaust tube according to the prior art, and FIG. 11B is a perspective view of an offset fin.
[Explanation of symbols]
100 ... exhaust tube, 111 ... inner fin (offset fin),
112 ... segment, 120b ... cooling water communication path (cooling fluid communication path).

Claims

An exhaust heat exchanger that exchanges heat between exhaust generated by combustion and a cooling fluid,
An exhaust tube (110) having a flat cross-sectional shape as the exhaust gas circulates;
A plurality of cooling fluid tubes (120) disposed adjacent to both ends of the exhaust tube (110) in the minor axis direction and through which the cooling fluid flows;
A plate-like member substantially parallel to the minor axis direction of the exhaust tube (110), and a plurality of segments (112) erected in the exhaust tube (110) so that the plate surface follows the exhaust flow. ) Includes offset fins (111) provided in a staggered manner in the longitudinal direction of the exhaust tube (110),
A cooling fluid communication passage (120b) for communicating the plurality of cooling fluid tubes (120) is formed on each of both ends of the exhaust tube (110) in the longitudinal direction, and these cooling fluid communication passages are formed. (120b) is located at a diagonal portion when viewed from the minor axis direction of the exhaust tube (110),
Further, the plate surfaces of all the segments (112) are inclined in the opposite direction to the diagonal line (L1) connecting the cooling fluid communication paths (120b) with respect to the longitudinal direction of the exhaust tube (110). exhaust heat exchanger, characterized in that there.

An exhaust heat exchanger that exchanges heat between exhaust generated by combustion and a cooling fluid,
An exhaust tube (110) having a flat cross-sectional shape as the exhaust gas circulates;
A plurality of cooling fluid tubes (120) disposed adjacent to both ends of the exhaust tube (110) in the minor axis direction and through which the cooling fluid flows;
A plate-like member substantially parallel to the minor axis direction of the exhaust tube (110), and a plurality of segments (112) erected in the exhaust tube (110) so that the plate surface follows the exhaust flow. ) comprises an offset fin disposed at staggered (111) in the longitudinal direction of the exhaust tube (110),
A cooling fluid communication passage (120b) for communicating the plurality of cooling fluid tubes (120) is formed on each of both ends of the exhaust tube (110) in the longitudinal direction, and these cooling fluid communication passages are formed. (120b) is located at a diagonal portion when viewed from the minor axis direction of the exhaust tube (110),
Furthermore, the direction of the segment (112) is at the midpoint (CP1) of the portion where the exhaust can flow at one end in the longitudinal direction of the exhaust tube (110) and at the other end in the longitudinal direction of the exhaust tube (110). An exhaust heat exchanger characterized by being substantially parallel to an exhaust main stream line (L2) connecting a midpoint (CP2) of a portion through which exhaust can flow.

The exhaust gas heat exchanger according to claim 1 or 2, wherein the exhaust gas of the internal combustion engine is cooled, and the cooled exhaust gas is recirculated to the intake side of the internal combustion engine.